Місія XRISM виявляє сигнатури заліза в сусідній активній галактиці

Місія XRISM показала важливі дані про надмасивну чорну діру в центрі галактики NGC 4151, покращуючи розуміння взаємодії чорної діри з навколишнім середовищем. Після початку наукових операцій у лютому цього року очолювана Японією місія XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) досліджувала чудовищну чорну діру в центрі галактики NGC 4151.

«Прилад Resolve від XRISM зафіксував детальний спектр області навколо чорної діри», — сказав Брайан Вільямс, науковий співробітник проекту NASA для місії в Центрі космічних польотів імені Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. «Піки та спади схожі на хімічні відбитки пальців, які можуть сказати нам, які елементи присутні, і розкрити підказки про долю матерії, коли вона наближається до чорної діри».

XRISM (вимовляється як «crism») очолює JAXA (Японське агентство аерокосмічних досліджень) у співпраці з NASA разом із внеском ESA (Європейського космічного агентства). Він був запущений 6 вересня 2023 року. NASA і JAXA розробили Resolve, мікрокалориметричний спектрометр місії.

NGC 4151: спіральна галактика з надмасивною чорною дірою

NGC 4151 — це спіральна галактика на відстані близько 43 мільйонів світлових років від нас у північному сузір’ї Венатичих Псів. Надмасивна чорна діра в її центрі вміщує масу, що у 20 мільйонів разів перевищує масу Сонця.

Галактика також активна, а це означає, що її центр надзвичайно яскравий і мінливий. Газ і пил, що обертаються до чорної діри, утворюють навколо неї акреційний диск і нагріваються під дією сил тяжіння та тертя, створюючи мінливість. Частина матерії на краю чорної діри утворює подвійні струмені частинок, які вилітають з обох боків диска зі швидкістю майже світла. Роздута хмара матеріалу у формі пончика, що називається тором, оточує акреційний диск.

Унікальні аспекти NGC 4151

Фактично, NGC 4151 є однією з найближчих відомих активних галактик. Інші місії, включно з рентгенівською обсерваторією Чандра НАСА та космічним телескопом Хаббла, досліджували його, щоб дізнатися більше про взаємодію між чорними дірами та їх оточенням, що може розповісти вченим, як надмасивні чорні діри в галактичних центрах ростуть протягом космічного часу.

Галактика надзвичайно яскрава в рентгенівських променях, що зробило її ідеальною ранньою мішенню для XRISM.

Інсайти спектрального аналізу XRISM

Спектр Resolve NGC 4151 показує різкий пік при енергіях трохи менше 6,5 кеВ (кілоелектронвольт) — емісійну лінію заліза. Астрономи вважають, що більша частина потужності активних галактик походить від рентгенівського випромінювання, яке походить від гарячих спалахів поблизу чорної діри. Рентгенівські промені, що відбиваються від холоднішого газу в диску, змушують залізо флуоресцувати, утворюючи специфічний рентгенівський пік. Це дозволяє астрономам намалювати кращу картину як диска, так і областей виверження, розташованих набагато ближче до чорної діри.

Спектр також показує кілька провалів близько 7 кеВ. Залізо, розташоване в торі, також спричинило ці провали, хоча через поглинання рентгенівських променів, а не випромінювання, тому що матеріал там набагато холодніший, ніж у диску. Все це випромінювання приблизно у 2500 разів перевищує енергію світла, яке ми можемо бачити нашими очима.

Залізо — це лише один елемент, який XRISM може виявити. Телескоп також може помітити сірку, кальцій, аргон та інші, залежно від джерела. Кожна з них розповідає астрофізикам щось інше про космічні явища, розсіяні по рентгенівському небу.